Autor originálního textu: Amos Zeeberg
Zdroj: https://www.nytimes.com/2020/01/15/science/construction-concrete-bacteria-photosynthesis.html?fbclid=IwAR0m7LZK76O_mhR4VKSNcXm2SIb4A4L9Y4vZWs8CDLWbhBEoAyx0o85V48I
„Frankensteinův materiál“
…je plný fotosyntetických mikroorganismů a nakonec je z nich vyroben. A může se reprodukovat.
Wil Srubar, vlevo, stavební inženýr na University of Colorado, Boulder a vědec o materiálech, a Sarah Williams, držící cihly stavebních hmot vyrobených z cyanobakterií a dalších materiálů.
Po celé staletí stavitelé vyrábějí beton zhruba stejným způsobem: mícháním tvrdých materiálů, jako je písek, s různými pojivy a doufáním, že zůstane pevný a tuhý ještě dlouho.
Interdisciplinární tým vědců z University of Colorado, Boulder, nyní vytvořil zcela jiný druh betonu – ten, který je živý a dokonce se může reprodukovat.
Minerály v novém materiálu nejsou ukládány chemií, ale cyanobakteriemi, běžnou třídou mikroorganismů, které zachycují energii prostřednictvím fotosyntézy. Fotosyntetický proces absorbuje oxid uhličitý, na rozdíl od výroby běžného betonu, který vypouští obrovské množství skleníkových plynů.
Fotosyntetické bakterie také dávají konkrétnímu materiálu další neobvyklou funkci: zelenou barvu. „Vypadá to opravdu jako Frankensteinův materiál,“ řekl Wil Srubar, stavební inženýr a vedoucí výzkumného projektu. (Když materiál vyschne, zelená barva vybledne.)
Další vědci pracovali na začlenění biologie do betonu, zejména do betonu, který dokáže vyléčit vlastní trhliny. Podle jeho tvůrců je hlavní výhodou nového materiálu to, že místo přidávání bakterií do běžného betonu – nehostinného prostředí – je jejich proces zaměřen na bakterie: získávají je na stavbu betonu a udržují je naživu, aby se později více využívaly.
Nový, živý beton
…popisovaný v časopise Matter, „představuje novou a vzrušující třídu nízkouhlíkových, designérských stavebních materiálů,“ uvedla Andrea Hamiltonová, expertka na beton na Strathclyde University ve Skotsku.
Při stavbě živého betonu se vědci nejprve pokusili dát cyanobakterie do směsi teplé vody, písku a živin. Mikróby dychtivě absorbovaly světlo a začaly vyrábět uhličitan vápenatý a postupně spájely písečné částice. Tento proces byl však pomalý – a Darpa, spekulativní výzkumné oddělení ministerstva obrany a donor projektu, chtěla, aby výstavba probíhala velmi rychle. Nevyhnutelnost, šťastná náhoda a zrozený vynález.
Oblouk vyrobený ze živých stavebních materiálů v laboratoři Dr. Srubara
Dr. Srubar dříve pracoval se želatinou, složkou potravin, která po rozpustění ve vodě a ochlazení vytváří speciální vazby mezi jejími molekulami. Důležité je, že se může používat při mírných teplotách šetrných k bakteriím. Navrhl přidat želatinu na posílení matrice, kterou vytvářejí cyanobakterie, a tým byl zaujat.
Vědci koupili želatinu značky Knox v místním supermarketu a rozpustili ji v roztoku s bakteriemi. Když nalili směs do forem a ochladili ji v lednici, želatina vytvořila své vazby – „stejně jako když vyrábíte Jell-O,“ řekl Dr. Srubar. Želatina poskytla větší strukturu a pracovala s bakteriemi, pomáhat živému betonu růst silněji a rychleji.
Přibližně po jednom dni směs tvořila betonové bloky ve tvaru jakékoliv formy, kterou použil tým, včetně dvoupalcových kostek, bloků velikosti boty a kusů krovu se vzpěrami a výřezy. Jednotlivé dvoupalcové kostky byly dost silné na to, aby se na ně člověk postavil, i když materiál je v porovnání s běžnými betony slabý. Bloky o velikosti krabičky na obuv ukázaly potenciál pro skutečnou výstavbu.
Úvodní pokusy
„Když jsme pomocí tohoto systému poprvé vytvořili velkou strukturu, nevěděli jsme, zda to bude fungovat, škálovali jsme se z té malé věci na tu velkou cihlu,“ řekla Chelsea Heveran, bývalá postdoktorandka u skupiny – nyní inženýr na státní univerzitě v Montaně – a hlavní autorka studie. „Vytáhli jsme ji z formy a drželi ji – byla to krásná, jasně zelená a na boku bylo napsáno „Darpa“. (Forma měla název donora projektu.) „Bylo to poprvé, co jsme měli měřítko, které jsme si představovali, a to bylo opravdu vzrušující.“
Když skupina přinesla malé vzorky na pravidelná kontrolní setkání s představiteli Darpy, byli ohromeni, Dr. Srubar řekl: „Každý chtěl jednu na svém stole.“
Skladují se v relativně suchém vzduchu při pokojové teplotě, bloky dosahují svou maximální sílu během dní a bakterie postupně začínají vymírat. Ale i po několika týdnech jsou bloky stále naživu; když jsou opět vystaveny vysoké teplotě a vlhkosti, mnoho bakteriálních buněk se samo o sobě zálohuje.
Skupina může mít jeden blok, řezat diamantovou špičkou, umístit polovinu zpět do teplé kádinky s větším množstvím surovin, nalít do formy a znovu začít s tvorbou betonu. Každý blok by tak mohl přinést tři nové generace, a tak získat osm potomků.
Ministerstvo obrany má zájem využít reprodukční schopnost těchto „LBM“ – živých stavebních materiálů – na podporu výstavby v odlehlých nebo strohých prostředích. „Na poušť nechcete jezdit s množstvím materiálů,“ řekl Dr. Srubar.
Výhodou bloků je
… že jsou vyrobené z různých běžných materiálů. Většina betonu vyžaduje panenský písek pocházející z řek, jezer a oceánů, který je po celém světě nedostatečný, a to zejména kvůli obrovskému dopytu po betonu. Nový živý materiál není takový vybíravý. „Nejsme nasazeni na použití určitého druhu písku,“ řekl Dr. Srubar. „Mohli bychom použít odpadové materiály, jako je broušené sklo nebo recyklovaný beton.“
Výzkumný tým pracuje na tom, aby byl materiál praktičtější tím, že posílí beton; zvýšení odolnosti bakterií vůči dehydrataci; změna uspořádání materiálů tak, aby se daly zabalit do bytu a snadno sestavit jako deska sádrokartonu; a nalezení jiného druhu cyanobakterií, které nevyžadují přidání gelu.
Srubar řekl, že nástroje syntetické biologie mohou dramaticky rozšířit oblast možností: například stavební materiály, které dokážou odhalit toxické chemikálie a reagovat na ně, nebo které se rozsvítí, aby odhalily strukturální poškození. Živý beton by mohl pomoci v prostředí drsnějším než v těch nejsušších pouštích; jiné planety, například Mars.
„Neexistuje způsob, jak přepravit stavební materiály do vesmíru,“ uvedl Dr. Srubar. „Přinášíme biologii s námi.“